柴油机滑动轴承热流体动力润滑仿真研究

根据径向滑动轴承热流体动力润滑理论,基于JFO理论提出的质量守恒边界条件,建立同时包含油膜完整区和空 穴压力变化的单缸柴油机滑动轴承热流体动力润滑模型,采用有限差分法求解模型方程,仿真分析滑动轴承的油膜厚度、油膜压力、润滑油流量和温度等参数对润滑性能的影响,分析内燃机滑动轴承润滑特性,为轴承润滑可靠性设计提供一定的理论依据.     

基于热弹流体动力混合润滑的船舶柴油机主轴承摩擦研究*

基于柔性机体和柔性曲轴模型,运用JFO边界条件下的扩展Reynolds方程和Greenwood/Tripp微峰接触理论,计入温度对摩擦润滑的影响,建立船舶柴油机机体和曲轴耦合下的主轴承的热弹流体动力混合润滑模型,并与不同计算模型进行对比和验证。结果表明:在热弹流体动力混合润滑模型下,单轴承座模型的计算结果偏于保守,整机体模型较为合理;在全柔性整机体模型下,THD模型过于理想,计入定值温度影响的EHD模型较TEHD模型的摩擦功耗偏大,说明温度对油膜的影响对主轴承的摩擦特性有重要作用。同时,通过与ALLMAIER方法对比验证,表明TEHD计算模型更具可靠性。因此,对于大型船舶柴油机而言,全柔性、计入表面接触和温度对油膜及摩擦副影响的热弹流体动力混合润滑模型是适宜的选择。     

多瓦可倾瓦径向滑动轴承热润滑性能分析

考虑变黏度、密度的情况,建立多瓦可倾瓦径向滑动轴承的数学模型,用有限差分法求解其热流体动力润滑(THD)模型,分别计算12块瓦可倾瓦径向滑动轴承的最小油膜、压力分布和三维温度场分布,分析不同载荷、不同转速、不同润滑油黏度等对轴承各瓦的热润滑性能影响。结果显示,建立的模型及其计算程序能计算分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承的热润滑问题。润滑油黏度和转子转速对多瓦可倾瓦径向滑动轴承的热润滑性能有较大的影响;瓦块绕支点的倾斜以及瓦块所处的角度位置会影响部分瓦块的热润滑性能,出现与普通圆形径向滑动轴承不一致的润滑性能变化。     

EMP径向滑动轴承三维热弹流有限元分析与研究

ＥＭＰ径向滑动轴承的热弹变形对轴承的润滑性能影响较大。当采用Ｗｉｎｋｌｅｒ假设将其简化为梁来计算时与实际结果相比误差较大。为此采用了一种轴承热弹流有限元分析的计算模型,按照三维有限元的方法对其进行了全面的热弹变形分析,同时结合广义雷诺方程、能量方程等进行耦合计算和分析。计算表明：三维有限元方法同Ｗｉｎｋｌｅｒ假设相比,更能反映油膜和轴瓦的温度分布,有助于揭示轴承的润滑特性。     

轴颈倾斜轴承的热流体动力润滑分析

考虑温度对轴颈倾斜轴承润滑的影响,通过解三维能量方程与固体热传导方程,计算轴颈、轴承和润滑油的温度分布,进而对轴颈倾斜轴承进行了热流体动力润滑分析。结果表明:轴承中央截面偏心率较大时,轴颈倾斜角对轴承润滑间隙中油膜温度、最大油膜压力、端泄流量和保持轴承稳定工作的力矩的影响较显著;轴颈倾斜角对油膜层面上的油膜最高温度、温度分布和压力分布的影响较大,油膜厚度较小的区域,油膜压力增大,摩擦生热多,油膜温度上升。     

多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑分析

考虑轴瓦弹性变形,建立多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的数学模型,对比分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑(THD)与TEHD模型的润滑性能差异,分析轴瓦弹性变形对轴承润滑性能的影响.结果表明,轴瓦弹性变形导致最小油膜厚度减小、流体动压力的梯度下降,但对瓦面温度的影响较小;THD模型高估了轴承的承载能力,在高速重载的场合,这种误差可能导致轴承润滑失效.因此,在滑动轴承设计中有必要考虑轴瓦弹性变形对轴承润滑性能的影响.     

基于机体与曲轴耦合下的船舶柴油机主轴承热弹性流体动力混合润滑特性

运用CMS模态综合法建立柔性曲轴和柔性整机体模型,基于Greenwood/Tripp微凸峰接触理论和质量守恒边界条件的广义Reynolds方程,建立了二者耦合下的船用柴油机主轴承的热弹性流体动力混合润滑模型,并经试验间接验证。同时计算表明:周期内发生混合润滑为常态,完全液动润滑为瞬态;只有空穴、轴颈向心/离心运动、油膜压力突变同时存在时空穴才极有可能发生;因端泄能量散失占总能量散失的80%多,油膜出口温度可作为监控轴承润滑的重要参数;8个轴承基本满足润滑设计要求,但有2个轴承工况相对较差,亟须优化。     

计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析

根据动载滑动轴承热流体动力润滑理论,结合热变形矩阵法,提出一种考虑热变形因素影响时的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,阐述该方法的基本理论和控制方程,探讨热变形因素对主轴承工作时的轴心轨迹、润滑油流量、最大油膜压力和最小油膜厚度等状态参量的影响情况.结合一主轴承实例进行数值仿真分析,仿真分析结果发现,计入热变形影响因素后,同未考虑热变形影响时分析得到的结果相比,轴心运动轨迹发生了很大变化,平均润滑油流量和一个载荷周期内的最大油膜压力均明显增加,一个载荷周期内的最小油膜厚度明显减小,润滑油平均温升则稍有减小.内燃机主轴承在工作时受各种热源因素的影响会产生热变形,在主轴承设计以及内燃机润滑系统供油量设计过程中考虑这种变形因素的影响是很有必要的.     

轴线偏斜对多瓦径向滑动轴承热润滑性能的影响

分析轴线偏斜对多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑性能的影响。计及轴线偏斜与瓦块自由度,推导可倾瓦径向滑动轴承的油膜厚度方程,建立数学模型,计算单自由度、双自由度2种瓦块支承的径向滑动轴承在不同偏斜程度时的最小油膜厚度、压力和三维温度分布,并分析偏斜对这2种轴承热流体动力润滑性能的影响。结果表明,轴线偏斜对单自由度瓦径向滑动轴承有较大影响,会使单自由度瓦块的可倾瓦径向滑动轴承的油膜压力在轴向分布不对称,导致瓦块支承处产生不平衡的力矩,而对双自由度瓦径向滑动轴承的润滑性能几乎没有影响。     

平面滑块轴承在不同温度边界下的承载能力分析

针对平面滑块轴承,建立考虑温度对密度和黏度影响的流体动力润滑模型。用有限差分法求解温度场,多重网格法求解压力场,基于几种不同的温度边界条件分析几何楔和热楔对轴承承载能力的影响。结果表明:发热和温升降低了楔形滑块的承载能力,而热楔对平行滑块轴承承载能力的贡献是正面的。     

滑动轴承热流体动力润滑分析的现状与展望

针对滑动轴承的热流体动力润滑研究,论述了理论分析(包括分析方法、热边界条件、空穴、回流和湍流等)和试验研究的现状,讨论并展望了滑动轴承热流体动力润滑研究中有待解决的一些问题。     

用CFD方法研究具有通用膜厚方程径向轴承的动压特性

应用CFD软件FLUENT和COMSOL Multiphysics对具有通用径向方程的径向轴承建立有限元模型,并进行了三维数值仿真模拟,得到了动压径向滑动轴承内部的压力场分布,通过编程计算出雷诺边界条件下的承载力及相关参数。比较FLUENT和COMSOL Multiphysics的计算结果与数值分析的计算结果可知,对于具有通用型线方程的非圆弧轴承和圆轴承,FLUENT和COMSOL Multiphysics与数值分析计算的径向轴承动压特性一致,即非圆型线轴承的承载力大于圆弧型轴承的承载力,验证了通用膜厚方程理论的正确性。     

基于不同热边界条件的斜面轴承及阶梯轴承承载性能分析

为探讨滑块轴承的承载特性,针对两类经典的推力滑块轴承,即斜面轴承和阶梯轴承,建立考虑润滑剂热效应的流体动力润滑模型。使用多重网格法求解压力场,在最高层网格上使用逐列扫描法求解温度场,得到相应的数值解。分别基于两组热边界条件:(一)静止表面绝热而运动表面保持常温;(二)静止表面保持常温但运动表面绝热,来分析对比斜面轴承和阶梯轴承的承载性能。研究表明:热楔效应是产生承载力的原因之一,事实上两类轴承承载能力的大小皆由几何楔和热楔的叠加效应决定:几何楔效应弱时,热楔效应占主导,此时第(二)组边界条件下两类轴承有更好的承载性能。     

计及轴受载变形的粗糙表面轴承热弹性流体动力润滑分析

同时计及表面形貌、热效应和轴承表面(热和弹性)变形等,对轴受到载荷作用产生变形,导致轴颈在轴承中倾斜时滑动轴承的热弹性流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论表面热变形等对粗糙表面倾斜轴颈轴承热弹性流体动力润滑性能的影响.计算中,采用基于平均流量模型的广义Reynolds方程进行轴承的润滑分析,采用变形矩阵方法计算轴承表面(热和弹性)变形,采用能量方程和热传导方程计算润滑油和轴承的温度分布.结果表明,计及表面热变形时,半径间隙对轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、油膜压力和油膜厚度的分布有较大影响;轴承载荷越大,表面热变形对轴承性能的影响越显著;表面热变形对轴承性能的影响程度与转速高低有直接关系,转速越高,表面热变形的影响越大;相比于表面弹性变形,表面热变形对轴承性能的影响较大;表面形貌是否影响轴承性能以及影响程度与轴承表面变形情况有较大关系,仅考虑热变形时,表面形貌有一定影响,同时考虑热变形和弹性变形时,表面形貌的影响非常小.     

动压径向波箔轴承静态承载性能研究

建立了动压气体润滑Reynolds方程和波箔弹性变形方程所组成的动压径向波箔轴承控制方程,以及相应的边界条件,应用有限差分法对此弹性流体动压润滑问题的控制方程进行了数值求解,分析了动压径向波箔轴承结构参数和运行参数对其静态承载性能的影响,为提高波箔轴承承载能力提供了结构改进的参考依据.     

波度端面机械密封热流体动力润滑性能分析

基于流体润滑理论,考虑润滑液膜空化现象和润滑液膜与密封环之间的热传导作用,建立波度端面机械密封三维流固热耦合模型,采用SUPG有限单元法求解广义雷诺方程、能量方程和热传导方程,计算端面液膜压力、开启力、泄漏率、摩擦因数等参数,对比分析密封热流体动力润滑(THD)和流体动力润滑(HD)密封特性。结果表明:随着转速、密封压力、波幅、波数的增加,开启力和泄漏率增加,摩擦因数减小;随着坝宽比、初始膜厚的增加,开启力和泄漏率减少,摩擦因数增加。热效应对密封性能影响显著,随着端面摩擦热升高,润滑液膜压力降低。     

曲轴系轴承润滑特性数值仿真技术研究

运用载荷平衡方程并基于流体动力润滑理论建立曲轴系流体动力学的数学模型,然后综合采用有限差分和数值迭代方法提出该模型的数值求解算法;在此基础上,以某单缸柴油机曲轴系为例研究网格密度、松弛因子以及求解边界条件等因素对数值仿真结果的收性影响。计算表明,润滑特性求解的网格密度宜取轴承周向网格数m=40,轴承轴向网格数n=20;超松弛因子β的取值范围应控制在1.5~1.9内;当空穴压力较大时,JFO边界条件所得结果相比雷诺边界条件更准确。     

线接触脂润滑热弹性流体动力润滑数值分析

基于Ostwald模型建立的脂润滑控制方程与能量方程联合求解,通过压力-温度的循环来计算线接触脂润滑热弹性流体动力润滑数值解。分析了一般工况参数对润滑膜压力分布和润滑膜形状的影响,探讨了不同工况下热效应对脂润滑弹流数值解的影响。     

圆轴承流体润滑热效应模型及其应用

提出了对轴向解析、周向有限元压力分布的有限宽圆轴承模型进行流体动力润滑热效应分析的方法。该方法采用绝热边界条件，能量方程无需与雷诺方程迭代求解，即可确定出油膜沿周向方向的平均温度场和粘度场分布；基于变分不等方程理论，雷诺方程采用一维直接解法求解。应用提出的方法计算了流体润滑热效应对进油槽位于水平方向两侧的圆轴承承载系数、偏位角和压力分布的影响，与工程上的标准数据计算结果吻合，方法简单适用，节约计算量。     

考虑不同加速工况的滑动轴承的启停性能分析*

滑动轴承的摩擦磨损主要发生在启停阶段。为了研究启停工况下的滑动轴承的摩擦学性能,建立一种面向径向滑动轴承的混合润滑数值分析模型。采用质量守恒边界条件的雷诺方程求解流体压力,采用Greenwood和Tripp接触模型预测固体表面接触,而通过Johnson载荷分配概念将润滑模型和接触模型联系起来,从而实现对滑动轴承在启停工况下从混合润滑过渡到动压润滑的摩擦学行为分析。利用该模型,研究轴承系统在启停阶段从边界润滑、混合润滑到动压润滑演化过程中的摩擦学性能;以径向滑动轴承系统为例,结合不同的轴承转速变化函数,分析轴承加速对轴承启停性能的影响;同时研究工作工况、润滑油温度、轴承的结构参数对轴承启停性能的影响。结果表明：轴承启动加速度在合理范围内越大越好,能使轴承更快进入动压润滑;较高的转速、较低的润滑油温度和较大的径向轴承间隙能使轴承拥有更好的启停性能。